Życie to proces istnienia cząsteczek białka. Tak wyraża to wielu naukowców, którzy są przekonani, że białko jest podstawą wszystkich żywych istot. Te sądy są absolutnie poprawne, ponieważ te substancje w komórce pełnią największą liczbę podstawowych funkcji. Wszystkie inne związki organiczne pełnią rolę substratów energetycznych, a energia jest ponownie potrzebna do syntezy cząsteczek białka.
Zdolność organizmu do syntezy białek
Nie wszystkie istniejące organizmy są w stanie syntetyzować białka w komórce. Wirusy i niektóre rodzaje bakterii nie mogą tworzyć białek, dlatego są pasożytami i otrzymują niezbędne substancje z komórki gospodarza. Inne organizmy, w tym komórki prokariotyczne, są zdolne do syntezy białek. Wszystkie komórki ludzkie, zwierzęce, roślinne, grzybowe, prawie wszystkie bakterie i protisty żyją dzięki zdolności biosyntezy białek. Jest to wymagane do realizacji funkcji strukturotwórczych, ochronnych, receptorowych, transportowych i innych.
Odpowiedź scenicznabiosynteza białek
Struktura białka jest zakodowana w kwasie nukleinowym (DNA lub RNA) w postaci kodonów. Jest to informacja dziedziczna, która jest odtwarzana za każdym razem, gdy komórka potrzebuje nowej substancji białkowej. Początkiem biosyntezy jest przekazanie do jądra informacji o konieczności syntezy nowego białka o już zadanych właściwościach.
W odpowiedzi na to, część kwasu nukleinowego jest despiralizowana, gdzie zakodowana jest jego struktura. To miejsce jest powielane przez informacyjne RNA i przenoszone do rybosomów. Odpowiadają za budowę łańcucha polipeptydowego opartego na matrixie – informacyjnym RNA. W skrócie, wszystkie etapy biosyntezy przedstawiono w następujący sposób:
- transkrypcja (etap podwojenia segmentu DNA z zakodowaną strukturą białka);
- przetwarzanie (tworzenie informacyjnego RNA);
- translacja (synteza białek w komórce na podstawie informacyjnego RNA);
- modyfikacja potranslacyjna („dojrzewanie” polipeptydu, tworzenie jego trójwymiarowej struktury).
Transkrypcja kwasów nukleinowych
Cała synteza białek w komórce jest przeprowadzana przez rybosomy, a informacja o cząsteczkach zawarta jest w kwasie nukleinowym (RNA lub DNA). Znajduje się w genach: każdy gen jest specyficznym białkiem. Geny zawierają informacje o sekwencji aminokwasowej nowego białka. W przypadku DNA usuwanie kodu genetycznego odbywa się w ten sposób:
- rozpoczyna się uwalnianie miejsca kwasu nukleinowego z histonów, następuje despiralizacja;
- polimeraza DNApodwaja część DNA przechowującą gen białka;
- podwojona sekcja jest prekursorem informacyjnego RNA, który jest przetwarzany przez enzymy w celu usunięcia niekodujących wstawek (na jego podstawie przeprowadzana jest synteza mRNA).
W oparciu o proinformacyjny RNA syntetyzowany jest mRNA. To już macierz, po której następuje synteza białek w komórce na rybosomach (w szorstkiej siateczce endoplazmatycznej).
Synteza białek rybosomalnych
Komunikat RNA ma dwa końce ułożone w układzie 3`-5`. Odczytywanie i synteza białek na rybosomach rozpoczyna się na końcu 5' i prowadzi do intronu, regionu, który nie koduje żadnego z aminokwasów. To idzie tak:
- „łańcuchów” informacyjnego RNA do rybosomu, przyłącza pierwszy aminokwas;
- rybosom przesuwa się wzdłuż informacyjnego RNA o jeden kodon;
- transfer RNA dostarcza pożądany (kodowany przez dany kodon mRNA) alfa-aminokwas;
- aminokwas łączy się z aminokwasem wyjściowym, tworząc dipeptyd;
- następnie mRNA zostaje ponownie przesunięty o jeden kodon, alfa aminokwas jest wprowadzany i dołącza do rosnącego łańcucha peptydowego.
Gdy rybosom dotrze do intronu (wstawka niekodująca), informacyjne RNA po prostu porusza się dalej. Następnie, w miarę postępu informacyjnego RNA, rybosom ponownie dociera do eksonu – miejsca, którego sekwencja nukleotydów odpowiada określonejaminokwas.
Od tego momentu ponownie zaczyna się dodawanie monomerów białkowych do łańcucha. Proces trwa do pojawienia się następnego intronu lub do kodonu stop. Ten ostatni zatrzymuje syntezę łańcucha polipeptydowego, po czym pierwotna struktura białka jest uważana za kompletną i rozpoczyna się etap postsyntetycznej (posttranslacyjnej) modyfikacji cząsteczki.
Modyfikacja potranslacyjna
Po translacji synteza białek zachodzi w cysternach siateczki śródplazmatycznej gładkiej. Ten ostatni zawiera niewielką liczbę rybosomów. W niektórych komórkach mogą być całkowicie nieobecne w OZE. Takie obszary są potrzebne do utworzenia najpierw struktury drugorzędowej, a następnie trzeciorzędowej lub, jeśli zaprogramowano, struktury czwartorzędowej.
Cała synteza białek w komórce zachodzi przy wydatku ogromnej ilości energii ATP. Dlatego do utrzymania biosyntezy białek potrzebne są wszystkie inne procesy biologiczne. Ponadto część energii jest potrzebna do transferu białek w komórce poprzez aktywny transport.
Wiele białek jest przenoszonych z jednego miejsca w komórce do drugiego w celu modyfikacji. W szczególności potranslacyjna synteza białek zachodzi w kompleksie Golgiego, gdzie domena węglowodanowa lub lipidowa jest przyłączona do polipeptydu o określonej strukturze.
